超疏水防/除冰技术被认为是目前最具前景的被动型防/除冰技术。该技术可以通过减少固液接触面积和提高传热热阻，增加表面冰晶的成核屏障，延长成核时间，从而有效防止结冰。然而研究表明，在潮湿环境中，具有规则微观结构和多级微/纳米结构的超疏水表面粘合强度增加，因表面结霜而超过了光滑表面的粘合强度，这种性能下降会导致快速结冰问题。因此，超疏水技术并非一劳永逸，仍须解决超疏水壁面的除冰问题。通过加热固体表面以产生融化液膜或利用吸湿聚合物涂层以在冰层和固体表面之间形成液膜，使得冰层在外力和液膜润滑共同作用下产生相对滑动，从而实现冰层的自主去除。
本文提出了融化冰层在倾斜超疏水表面下滑的超滑速度（hyperslip velocity）概念。建立了冰层和Cassie态超疏水表面之间融化液膜的微剪切流模型，利用超疏水表面的“粘-滑”边界条件构造双傅里叶级数方程实现解析数值分析，在此基础上系统研究了顺向下滑、横向下滑以及沿任意方向角下滑的超滑速度，并推导出超滑速度的渐近函数表达。计算结果表明，随着平行脊气槽占比的增加，顺向下滑的无量纲超滑速度从接近 0到1.1非线性增加，横向下滑的无量纲超滑速度从接近0增加到0.55。超滑速度在开始时随着无量纲液膜厚度的增加而增加，达到1时趋向于渐近解。顺向与横向超滑速度比表明，顺向下滑时的超滑速度至少是横向下滑时的2倍，在气槽占比为0.95和无量纲液膜厚度为0.1时，超滑速度占总下滑速度的60%以上。液膜厚度达到临界值1时，数值解和渐近函数之间的相对偏差小于5%。对于任意方向角，最大相对偏差出现在气槽占比约为 0.65处。本文系统阐释了融冰在平行脊结构斜面下滑的流体物理机制。
团队介绍
王昊利，金陵科技学院机电工程学院教授。工程力学专业高校中青年学科带头人。主持国家自然科学基金与省部级项目多项。获教育部自然科学一等奖一项。曾任浙江省力学学会第九届理事会理事，副秘书长。王昊利教授在国内较早建立了微纳流动三维全场实验方法，近年来致力于超疏水减阻增速机理研究，首次提出了超疏水除冰液膜剪切流模型与解析数值方法。团队目前主要围绕微纳流动及界面现象的机理及应用开展研究。
文章信息
Hyperslip velocity of melting ice sliding down inclined parallel ridges
Haoli Wang (王昊利)
Physics of Fluids 36, 102003 (2024)
https://doi.org/10.1063/5.0221121
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期刊介绍
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